果園風送式噴霧機流場數值模擬及試驗研究.pdf

1、我國是世界最大的水果生產國和消費國,而病蟲害防治是保證水果豐產豐收的重要環(huán)節(jié),施藥機械和施藥技術對實現這一目標必不可少。近年來,風送噴霧技術在果園植保領域已顯示出其優(yōu)越性,它不僅可以二次霧化霧滴,還可以減少霧滴漂移,增加藥液在靶標上的沉積和附著性能,提高施藥工效和農藥的有效利用率,減少農藥浪費和環(huán)境污染,降低生產成本。但我國在此領域與發(fā)達國家相比仍有較大的差距。
　　 以國家863項目"密植型果園仿形定向施藥技術研究與裝備創(chuàng)制"

2、(2008AA100903)中的3WZ-700型自走式果園風送仿形定向噴霧機風送噴霧系統(tǒng)為研究對象,利用數值模擬工具CFD(計算流體力學)對風機氣流速度場進行了數值模擬,得到氣流速度場的分布特性,并通過試驗進行驗證。同時,在風送噴霧試驗臺上進行風機試驗以及噴霧試驗研究,用以描述噴霧機的風機及噴霧性能。本文的主要研究內容及相關結論如下:
　　 (1)對風機氣流速度場進行模擬研究。使用前處理器GAMBIT軟件建立風機的物理模型,選用

3、標準κ-ε湍流模型,利用CFD軟件FLUENT,結合適宜的邊界條件和初始條件,對風機氣流速度場的分布特性進行數值模擬.結果表明,三種風機出口風速17.94m/s,18.94 m/s,20.84 m/s對氣流速度場的分布特性無明顯影響。流場區(qū)域中,下方區(qū)域的氣流受導流板影響明顯,沿著導流板方向的氣流速度最大。由于導流板改變了水平方向的分速度,增加了垂直方向的分速度,使得霧滴穿透底部枝冠層的同時,無法到達底部冠層而沉降到地面的霧滴量減少。上

4、方區(qū)域的氣流受導流板影響不大,垂直方向的氣流分速度較大,可以將霧滴輸送到果樹冠層的頂部,改善噴霧作業(yè)中藥液的分布均勻性和霧滴覆蓋率。這種氣流速度場的分布特性與靶標特性相一致,可以實現噴霧的有效定向沉積.
　　 (2)在風機試驗臺上利用風速計測量風機氣流速度場,對其分布特性的模擬結果進行驗證。結果表明,流場區(qū)域中,試驗值與模擬值變化趨勢一致,三種風機出口風速17.94m/s,18.94 m/s,20.84 m/s條件下的氣流速度場

5、分布特性一致,離風機不同距離的垂直截面上的最大風速分布有差異。這種分布特性與實際果園的果樹冠形相匹配,更利于果園風送定向噴霧機將農藥霧滴送至樹冠內部,同時降低農藥霧滴的漂移率,提高農藥有效利用率.
　　 (3)噴霧壓力、出口風速、導流板角度等是影響噴霧性能的重要因素。為研究各因素對噴霧性能的影響,在風送噴霧試驗臺上進行霧滴直徑分布、噴頭流量測定以及垂直面內霧量分布試驗。結果表明,噴霧壓力越大,其出口霧滴直徑越小,不同的噴霧壓力對

6、霧滴直徑沿射程分布有顯著影響。有風送時的霧滴直徑明顯小于無風送條件下的霧滴直徑。在沿射程1-4m范圍內,三種出口風速17.94m/s,18.94m/s,20.84 m/s條件下的霧滴直徑無明顯差異。噴頭具有很好的均一性,不同噴霧壓力下,各噴頭差異性均不超過5％。有無風送對垂直面內霧量沉積有明顯的影響。不同的導流板角度在垂直截面上霧量沉積不一樣。不同垂直截面上的霧量分布曲線與風速分布曲線一致,均呈樹冠形,更利于提高噴霧質量。
　　

7、 (4)風送條件下,對不同作業(yè)速度下果樹冠層霧滴沉積分布進行了試驗研究。試驗結果表明,霧滴沉積隨著作業(yè)速度的增大而減少,樹葉正面霧滴沉積遠遠大于樹葉反面霧滴沉積?？拷鼑婌F裝置一側(冠層前)的霧滴沉積遠遠大于與噴霧相背一側(冠層后)霧滴沉積。不同的采樣高度上,霧滴沉積呈"上層>中層>下層"的規(guī)律。通過對不同作業(yè)速度霧滴沉積分布回歸分析得到,冠層前霧滴沉積隨著作業(yè)速度的增大顯著降低,采樣高度1.2m樹葉正面霧滴沉積與作業(yè)速度呈反比,作業(yè)速度